虛擬傳感器的創(chuàng)新助力提升生產(chǎn)力

摘要：使用泛林集團(tuán)Equipment Intelligence^?應(yīng)對腔室匹配挑戰(zhàn)

制造芯片需要很多不同類型的工藝設(shè)備，包括沉積、光刻、刻蝕和清潔等設(shè)備。大規(guī)模生產(chǎn)要求芯片制造商使用大量相同腔室的設(shè)備組來執(zhí)行特定的工藝步驟，例如用于制造3D晶體管的鰭片刻蝕。理想情況下，設(shè)備組中的每個(gè)晶圓批次都會(huì)得到相同的處理，這意味著每個(gè)晶圓腔室的運(yùn)行過程將與其他所有晶圓腔室完全相同。不過在實(shí)際操作中，腔室的性能會(huì)因許多控制參數(shù)的極微小差異而有所不同，進(jìn)而影響到工藝流程是否成功。這些參數(shù)包括壓力、溫度、電力輸送和表面條件，都必須協(xié)同優(yōu)化。

腔室匹配挑戰(zhàn)

使腔室性能更接近的過程稱為“腔室匹配”。隨著芯片器件尺寸的縮小和工藝公差的日益嚴(yán)格，腔室匹配所面臨的挑戰(zhàn)也在增加。傳統(tǒng)的方法包括“黃金腔室”方法和子部件匹配。“黃金腔室”方法會(huì)將一個(gè)腔室定為標(biāo)準(zhǔn)，并試圖調(diào)整所有其他腔室以達(dá)成相同的結(jié)果。子部件匹配的重點(diǎn)在于硬件子系統(tǒng)，并定義每個(gè)腔室必須滿足的嚴(yán)格公差規(guī)格。這種方法的假設(shè)是，如果每個(gè)腔室的所有部件完全相同，那么每個(gè)腔室也理應(yīng)相同。這兩種傳統(tǒng)方法在處理先進(jìn)等離子工藝復(fù)雜的物理和化學(xué)相互作用時(shí)都有其局限性。

泛林數(shù)據(jù)分析儀：經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案

泛林集團(tuán)Equipment Intelligence^?（設(shè)備智能）數(shù)據(jù)分析儀已被廣泛用于2300^?平臺(tái)上刻蝕腔室的設(shè)備組匹配和大數(shù)據(jù)分析。世界各地的許多晶圓廠都報(bào)告了腔室匹配性能的顯著提升，同時(shí)腔室排除故障的速度、正常運(yùn)行時(shí)間及MTBC（清洗之間的平均時(shí)間）均得到有效提升與改善。 

數(shù)據(jù)分析儀采用的方法是查看晶圓加工過程中設(shè)備傳感器輸出的大型數(shù)據(jù)集，并識(shí)別一系列腔室中的自然分布，以檢測不匹配的腔室，然后挖掘根本原因并進(jìn)行糾正。這是一種大數(shù)據(jù)多元機(jī)器學(xué)習(xí)方法，觀察一個(gè)腔室內(nèi)或腔室子系統(tǒng)內(nèi)的諸多信號。

圖1. 泛林集團(tuán)2300^?刻蝕系統(tǒng)（每個(gè)系統(tǒng)有6個(gè)獨(dú)立的腔室）及其在Equipment Intelligence^??數(shù)據(jù)分析儀大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)分析前后的工藝窗口分布圖示

現(xiàn)可用于多站工藝模塊

為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD) 和原子層沉積 (ALD) 腔室設(shè)計(jì)的新版Equipment Intelligence^?數(shù)據(jù)分析儀目前已被部署在多個(gè)晶圓廠。該軟件已經(jīng)過調(diào)整，可適應(yīng)PECVD/ALD腔室與刻蝕腔室（多基座vs.單晶圓腔）中晶圓流動(dòng)場景的差異。新解析方案的增加，可以對單片晶圓的移動(dòng)進(jìn)行跨多站工藝模塊的跟蹤。

該軟件中還應(yīng)用了自動(dòng)調(diào)和，以處理PECVD/ALD晶圓流特有的配方組、子配方和多次配方迭代。

圖2. 泛林PECVD工藝設(shè)備與4x4（一次四片晶圓）腔室的不同視圖

虛擬傳感器的創(chuàng)新

目前，我們已有多個(gè)客戶的晶圓廠開始使用Equipment Intelligence^?數(shù)據(jù)分析儀，利用VECTOR^? Strata^? PECVD設(shè)備組的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并正在加速滿足客戶最關(guān)鍵的需求，如延長預(yù)防性維護(hù)周期和正常運(yùn)行時(shí)間。這包括根據(jù)回歸模型創(chuàng)建和部署預(yù)測控制圖，使用分類模型預(yù)測指標(biāo)，以及向關(guān)鍵人員發(fā)送通知、以便及早發(fā)現(xiàn)問題并迅速解決潛在問題。使用基于虛擬計(jì)量的回歸模型可以預(yù)測生產(chǎn)設(shè)備的性能表現(xiàn)，且更容易挖掘生產(chǎn)趨勢的根本原因。數(shù)據(jù)分析儀還被用于快速診斷多種關(guān)鍵設(shè)備的問題，如腔室匹配或計(jì)劃外停機(jī)。

在半導(dǎo)體制造量產(chǎn)中使用大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)方法（如數(shù)據(jù)分析儀）的關(guān)鍵目標(biāo)之一是使工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)比以往任何時(shí)候都更高的生產(chǎn)力（以更低的成本生產(chǎn)出更多優(yōu)質(zhì)晶圓），世界各地多個(gè)客戶的晶圓廠正在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。